Wybrane zagadnienia ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach elektrycznych do 1 kv

Transkrypt

1 mgr inż. Andrzej Boczkowski Warszawa, r. Stowarzyszenie Elektryków Polskich Sekcja Instalacji i Urządzeń Elektrycznych Wybrane zagadnienia ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach elektrycznych do 1 kv Od instalacji elektrycznych wymaga się aby były funkcjonalne, trwałe i estetyczne oraz bezpieczne w użytkowaniu. Bezpieczeństwo użytkowania instalacji elektrycznych sprowadza się do zapewnienia ochrony przed następującymi podstawowymi zagrożeniami: porażeniem prądem elektrycznym, prądami przeciążeniowymi i zwarciowymi, przepięciami łączeniowymi i pochodzącymi od wyładowań atmosferycznych, skutkami cieplnymi. Skuteczność ochrony przed wyżej wymienionymi zagrożeniami zależy od zastosowanych, w instalacjach elektrycznych, rozwiązań oraz środków technicznych. Miarą skuteczności tej ochrony jest liczba śmiertelnych wypadków porażeń prądem elektrycznym oraz liczba pożarów, będących następstwem wad lub nieprawidłowej eksploatacji instalacji elektrycznych. Z przeprowadzonych analiz wynika, że liczba śmiertelnych wypadków porażeń prądem elektrycznym w ciągu roku, przypadająca na jeden milion mieszkańców w Polsce zmniejszyła się z 9,5 w latach do 4,2 w latach z tendencją dalszego zmniejszania się w następnych latach. Jednak nadal liczba śmiertelnych wypadków porażeń prądem elektrycznym jest w Polsce 2 3-krotnie większa niż w krajach Zachodniej Europy. Liczba śmiertelnych wypadków poza statystycznym miejscem pracy, spowodowanych porażeniem prądem elektrycznym, w stosunku do ogółu śmiertelnych wypadków porażeń prądem elektrycznym wynosi w Polsce około 90 %. Wynika z tego, że niebezpieczeństwo śmiertelnych porażeń prądem elektrycznym występuje przede wszystkim w mieszkaniach i budynkach mieszkalnych oraz w gospodarstwach rolniczych i ogrodniczych. Nadal najwięcej wypadków odnotowuje się na wsi, prawie dwukrotnie większy wskaźnik śmiertelnych wypadków w stosunku do wypadków w mieście. Równie częste są przypadki powstania pożarów spowodowanych niesprawną instalacją elektryczną. Ich procentowy udział w ogólnej liczbie pożarów w budynkach, według danych za 2006 rok jest na poziomie 12 %. Zasadniczy wpływ na dużą liczbę śmiertelnych porażeń prądem elektrycznym oraz pożarów w Polsce ma na ogół zły stan techniczny instalacji elektrycznych w obiektach budowlanych, w tym w mieszkaniach i budynkach mieszkalnych oraz w gospodarstwach rolniczych i ogrodniczych, a także stosowanie niedoskonałych i niewystarczających środków ochrony przed zagrożeniami w tych instalacjach, a mianowicie: powszechne stosowanie układu sieci TN-C w instalacjach elektrycznych z przewodami o małych przekrojach (1,5 10mm 2 ) przeważnie aluminiowymi, zwiększającymi możliwość uszkodzeń mechanicznych i przerw, szczególnie w przewodach ochronnoneutralnych PEN występujących w tym układzie sieci. Stąd wynikające często przypadki pojawiania się na obudowach metalowych odbiorników napięć dotykowych wyższych od dopuszczalnych długotrwale. Również pojawianie się na przewodzie PEN napięcia niekorzystnego dla użytkowanych odbiorników, wywołanego przepływem przez ten przewód prądu wyrównawczego, spowodowanego zaistnieniem asymetrii prądowej w instalacji,

2 2 stosowanie układu sieci TT, nie zawsze gwarantującego skuteczność ochrony przeciwporażeniowej, głównie z uwagi na dość często występujące trudności w zapewnieniu wymaganych rezystancji uziemień oraz przypadki przerw w przewodach uziemiających, niestosowanie połączeń wyrównawczych dodatkowych (miejscowych), a także bardzo często połączeń wyrównawczych głównych, niestosowanie ochrony przed dotykiem pośrednim (ochrony przy uszkodzeniu) w pomieszczeniach o podłodze źle przewodzącej, przeznaczonych na stały pobyt ludzi, pomimo występowania w tych pomieszczeniach metalowych uziemionych rur i grzejników centralnego ogrzewania oraz metalowych rur wodociągowych i gazowych, niestosowanie wyłączników ochronnych różnicowoprądowych, niestosowanie ograniczników przepięć, w rozwiązaniach instalacji elektrycznych prowadzenie przewodów w sposób wykluczający ich wymienialność, stosowanie zbyt małej liczby obwodów odbiorczych oraz gniazd wtyczkowych i wypustów oświetleniowych. W Polsce, w miastach i na wsi, istnieje ponad 11 milionów mieszkań oraz ponad 2 miliony gospodarstw rolniczych i ogrodniczych. Instalacje elektryczne w tych obiektach, z wyjątkiem budowanych w ostatnich latach, nie odpowiadają wymaganiom Warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie oraz wymaganiom Polskiej Normy PN-IEC Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Są to instalacje elektryczne nie w pełni sprawne, będące źródłem wyżej wymienionych zagrożeń. Istnieje w związku z tym konieczność modernizacji instalacji elektrycznych w obiektach budowlanych, w tym szczególnie w mieszkaniach i budynkach mieszkalnych oraz w gospodarstwach rolniczych i ogrodniczych. W instalacjach modernizowanych i przebudowywanych lub nowo budowanych należy zapewnić konieczność realizacji nowych, preferowanych rozwiązań, które są objęte wymaganiami Warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie oraz wymaganiami Polskich Norm, powołanych w tych Warunkach Technicznych, w tym przede wszystkim wymaganiami normy PN-IEC Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych.

3 3 Przepisy ochrony przeciwporażeniowej, zawarte w normie PN-IEC 60364, są przede wszystkim odzwierciedleniem rozpoznania skutków przepływu prądu elektrycznego przez ciało ludzkie, dostępnych środków ochrony oraz warunków ekonomicznych. W ostatnich latach nastąpił znaczny postęp w rozpoznaniu skutków rażenia człowieka prądem. Prowadzone w tym zakresie badania na ludziach i zwierzętach były przedmiotem szczegółowych analiz oraz raportów Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC). W kolejnych wydaniach raportu 479 Komisji IEC opublikowane zostały uzgodnione poglądy, dotyczące reakcji organizmu człowieka na przepływ prądu przemiennego i stałego. Skutki oddziaływania prądu przemiennego o częstotliwości 50/60 Hz na ciało ludzkie zależą od wartości prądu I, przepływającego przez ciało ludzkie oraz czasu przepływu t. Ze względu na prawdopodobieństwo występowania określonych skutków można wyróżnić następujące strefy przedstawione na rysunku nr 1: Rys. 1. AC-1 AC-2 AC-3 AC-4 Strefy skutków oddziaływania prądu przemiennego o częstotliwości 50/60 Hz na ciało ludzkie, na drodze lewa ręka - stopy zazwyczaj brak reakcji organizmu, zazwyczaj nie występują szkodliwe skutki patofizjologiczne. Linia b jest progiem samodzielnego uwolnienia człowieka od kontaktu z częścią pod napięciem, zazwyczaj nie występują uszkodzenia organiczne. Prawdopodobieństwo skurczu mięśni i trudności w oddychaniu przy przepływie prądu w czasie dłuższym niż 2 s. Odwracalne zakłócenia powstawania i przenoszenia impulsów w sercu, włącznie z migotaniem przedsionków i przejściową blokadą pracy serca, bez migotania komór serca, wzrastające wraz z wielkością prądu i czasem jego przepływu, dodatkowo, oprócz skutków charakterystycznych dla strefy AC-3, pojawia się wzrastające wraz z wartością prądu i czasem jego przepływu niebezpieczeństwo skutków patofizjologicznych, np. zatrzymanie czynności serca, zatrzymanie oddychania i ciężkie oparzenia.

4 4 Ze względu na prawdopodobieństwo wywołania migotania komór serca wyróżnia się następujące strefy: AC % przypadków migotania komór serca, AC-4.2 nie więcej niż 50 % przypadków, AC-4.3 powyżej 50 % przypadków. Przyjęto, że graniczna bezpieczna wartość prądu rażeniowego, płynącego w dłuższym czasie przez ciało ludzkie, wynosi 30 ma dla prądu przemiennego. Znajomość współczynnika prądu serca F pozwala na obliczanie prądów I d na innych drogach przepływu niż lewa ręka stopy, które stanowią to samo niebezpieczeństwo wystąpienia migotania komór serca w odniesieniu do prądu I lewa ręka - stopy, przedstawionego na rysunku nr 1. Jego wartość jest stosunkiem: gdzie: I I I F =, Id = (1) Id F prąd płynący przez ciało ludzkie na drodze lewa ręka - stopy przedstawiony na rysunku nr 1, I d prąd płynący przez ciało ludzkie na drogach przedstawionych w tablicy nr 1, wywołujący te same skutki jak prąd I, F współczynnik prądu serca, o wartościach dla różnych dróg przepływu prądu I d podanych w tablicy nr 1. Tablica 1. Współczynnik prądu serca dla różnych dróg przepływu prądu przez ciało ludzkie Droga przepływu prądu przez ciało ludzkie Współczynnik prądu serca F Lewa ręka do lewej stopy, prawej stopy lub obydwu stóp 1,0 Obydwie ręce do obydwu stóp 1,0 Lewa ręka do prawej ręki 0,4 Prawa ręka do lewej stopy, prawej stopy lub obydwu stóp 0,8 Plecy do prawej ręki 0,3 Plecy do lewej ręki 0,7 Klatka piersiowa do prawej ręki 1,3 Klatka piersiowa do lewej ręki 1,5 Pośladek do lewej ręki, prawej ręki lub obydwu rąk 0,7 Przykład: prąd 200 ma płynący przez ciało ludzkie na drodze lewa ręka do prawej ręki powoduje taki sam skutek, jak prąd 80 ma płynący na drodze lewa ręka do obydwu stóp. Skutki oddziaływania prądu stałego na ciało ludzkie zależą od wartości prądu I, przepływającego przez ciało ludzkie oraz czasu przepływu t. Ze względu na prawdopodobieństwo występowania określonych skutków można wyróżnić następujące strefy przedstawione na rysunku nr 2.

5 5 Rys. 2. Strefy skutków oddziaływania prądu stałego (prąd wznoszący) na ciało ludzkie, na drodze lewa ręka - stopy DC-1 DC-2 zazwyczaj brak reakcji organizmu, zazwyczaj nie występują szkodliwe skutki patofizjologiczne, DC-3 zazwyczaj nie występują uszkodzenia organiczne. Prawdopodobieństwo odwracalnych zakłóceń powstawania i przewodzenia impulsów w sercu, wzrastających wraz z natężeniem prądu i czasem, DC-4 prawdopodobieństwo wywołania migotania komór serca oraz wzrastające wraz z natężeniem prądu i czasem inne szkodliwe skutki patofizjologiczne, np. ciężkie oparzenia. Ze względu na prawdopodobieństwo wywołania migotania komór serca wyróżnia się następujące strefy: DC % przypadków migotania komór serca, DC-4.2 nie więcej niż 50 % przypadków, DC-4.3 powyżej 50 % przypadków. Informacje dotyczące wypadków porażeń prądem stałym oraz przeprowadzone badania wskazują, że: niebezpieczeństwo migotania komór serca jest w zasadzie związane z prądami wzdłużnymi (prąd płynący wzdłuż tułowia ciała ludzkiego, np. od ręki do stóp). Dla prądów poprzecznych (prąd płynący w poprzek tułowia ciała ludzkiego, np. od ręki do ręki) migotania komór serca mogą pojawiać się przy większych natężeniach prądu, próg migotania komór serca dla prądów opadających (prąd płynący przez ciało ludzkie, dla którego stopa stanowi biegun ujemny) jest około dwa razy wyższy, niż dla prądów wznoszących (prąd płynący przez ciało ludzkie, dla którego stopa stanowi biegun dodatni).

6 6 Na podstawie określonych wartości impedancji i rezystancji ciała ludzkiego oraz wartości prądu rażeniowego, wyznaczono wartości napięć dotykowych dopuszczalnych długotrwale w różnych warunkach środowiskowych. W warunkach środowiskowych normalnych, wartość napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale U L wynosi 50 V dla prądu przemiennego i 120 V dla prądu stałego. Do środowisk o warunkach normalnych zalicza się lokale mieszkalne i biurowe, sale widowiskowe i teatralne, klasy szkolne (z wyjątkiem niektórych laboratoriów) itp. W warunkach środowiskowych o zwiększonym zagrożeniu, wartość napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale U L wynosi 25 V dla prądu przemiennego i 60 V dla prądu stałego. Do środowisk o zwiększonym zagrożeniu zalicza się łazienki i natryski, sauny, pomieszczenia dla zwierząt domowych, bloki operacyjne szpitali, hydrofornie, wymiennikownie ciepła, przestrzenie ograniczone powierzchniami przewodzącymi, kanały rewizyjne, kempingi, tereny budowy i rozbiórki, tereny otwarte itp. W warunkach zwiększonego zagrożenia porażeniem prądem elektrycznym, jakie może nastąpić przy zetknięciu się ciała ludzkiego zanurzonego w wodzie z elementami znajdującymi się pod napięciem, wartość napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale U L wynosi 12 V dla prądu przemiennego i 30 V dla prądu stałego. Określono również dla prądów rażeniowych przemiennych, odpowiadających krzywej C 1 na rysunku nr 1 oraz impedancji ciała ludzkiego, które nie są przekroczone dla 5% populacji, czasy utrzymywania się napięć dotykowych, przekraczających wartości napięć dotykowych dopuszczalnych długotrwale, bez powodowania zagrożenia dla ciała ludzkiego. Dane te przedstawione są na rysunku nr 3. Rys. 3. Największe dopuszczalne napięcia dotykowe U D w zależności od czasu rażenia T r

7 7 Powyższe dane stanowiły podstawę do ustalenia maksymalnych czasów samoczynnego wyłączenia zasilania w warunkach środowiskowych normalnych oraz w warunkach środowiskowych o zwiększonym zagrożeniu. Norma PN-IEC wnosi szereg nowych postanowień w zakresie ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach elektrycznych do 1 kv. Najistotniejsze postanowienia wymieniono poniżej. 1. Warunki środowiskowe Przyjęto zasadę, że ogólne postanowienia normy dotyczą normalnych warunków środowiskowych i rozwiązań instalacji elektrycznych, natomiast w warunkach środowiskowych stwarzających zwiększone zagrożenie wprowadza się odpowiednie obostrzenia i stosuje się specjalne rozwiązania instalacji elektrycznych. Poszczególne rodzaje warunków środowiskowych zostały usystematyzowane i pooznaczane za pomocą kodu literowo-cyfrowego. Podane one są w arkuszu 3. O doborze środków ochrony przeciwporażeniowej, w praktyce decydują następujące warunki środowiskowe: BA zdolność osób, BB elektryczna rezystancja ciała ludzkiego, BC kontakt ludzi z potencjałem ziemi. Doboru środków ochrony przeciwporażeniowej dla normalnych warunków środowiskowych należy dokonywać w oparciu o arkusz 41. Natomiast obostrzenia i specjalne rozwiązania instalacji elektrycznych obejmują arkusze normy grupy 700. Obostrzenia te polegają głównie na: zakazie umieszczania urządzeń elektrycznych w odpowiednich miejscach (strefach), zakazie stosowania niektórych środków ochrony; np. barier, umieszczania poza zasięgiem ręki, izolowania stanowiska, nieuziemionych połączeń wyrównawczych miejscowych, stosowaniu urządzeń o odpowiednich stopniach ochrony, konieczności stosowania dodatkowych (miejscowych) połączeń wyrównawczych, konieczności obniżenia napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale w określonych warunkach otoczenia do wartości 25 V i 12 V prądu przemiennego oraz odpowiednio 60 V i 30 V prądu stałego, konieczności stosowania urządzeń ochronnych różnicowoprądowych o znamionowym prądzie różnicowym nie większym niż 30 ma jako uzupełniającego środka ochrony przed dotykiem bezpośrednim (ochrony podstawowej), kontroli stanu izolacji (doziemienia) w układach sieci IT.

8 8 2. Napięcia Napięcia zostały podzielone na dwa zakresy w sposób podany w tablicy nr 2. Tablica 2. Zakresy napięć Napięcia prądu przemiennego Napięcia prądu stałego Układy z uziemieniami Układy izolowane lub z uziemieniami pośrednimi Układy z uziemieniami Układy izolowane lub z uziemieniami pośrednimi Faza-Ziemia Faza-Faza Faza-Faza Biegun-Ziemia Biegun-Biegun Biegun-Biegun U 50 U 50 U 50 U 120 U 120 U 120 I U 25 U 25 U 25 U 60 U 60 U 60 U 12 U 12 U 12 U 30 U 30 U 30 II 50 < U < U < U < U < U < U 1500 U - napięcie nominalne instalacji (V) Schemat podziału wyżej wymienionych napięć jest następujący: a) napięcia zakresu I: bardzo niskie napięcie SELV, bardzo niskie napięcie PELV, bardzo niskie napięcie funkcjonalne FELV. b) napięcia zakresu II: napięcie w układzie sieci TN, napięcie w układzie sieci TT, napięcie w układzie sieci IT, napięcie separowane. 3. Układy sieci Sieci napięcia zakresu II, w zależności od sposobu uziemienia dzielą się na różnego rodzaju układy sieci. Poszczególne układy sieci oznacza się z pomocą symboli literowych, przy czym: pierwsza litera oznacza związek pomiędzy układem sieci a ziemią: T: bezpośrednie połączenie jednego punktu układu sieci z ziemią. Najczęściej jest łączony z ziemią punkt neutralny, I: wszystkie części czynne, to znaczy mogące się znaleźć pod napięciem w warunkach normalnej pracy są izolowane od ziemi, lub jeden punkt układu sieci jest połączony z ziemią poprzez impedancję lub bezpiecznik iskiernikowy (uziemienie otwarte),

9 9 druga litera oznacza związek pomiędzy częściami przewodzącymi dostępnymi a ziemią: N: bezpośrednie połączenie (chodzi tu o połączenie metaliczne) podlegających ochronie części przewodzących dostępnych, z uziemionym punktem układu sieci; zazwyczaj z uziemionym punktem neutralnym, T: bezpośrednie połączenie z ziemią (chodzi tu o uziemienie) podlegających ochronie części przewodzących dostępnych, niezależnie od uziemienia punktu układu sieci; zazwyczaj uziemienia punktu neutralnego. następna litera (litery) oznacza związek pomiędzy przewodem (żyłą) neutralnym N i przewodem (żyłą) ochronnym PE: C: funkcję przewodu neutralnego i przewodu ochronnego spełnia jeden przewód, zwany przewodem ochronno-neutralnym PEN, S: funkcję przewodu neutralnego i przewodu ochronnego spełniają osobne przewody - przewód N i przewód PE, C-S: w pierwszej części sieci, licząc od strony zasilania zastosowany jest przewód ochronno-neutralny PEN, a w drugiej osobny przewód neutralny N i przewód ochronny PE. W tablicy nr 3 podano oznaczenia przewodów i zacisków urządzeń różnego przeznaczenia. Tablica 3. Oznaczenia przewodów i zacisków urządzeń Przeznaczenie Przewody prądu przemiennego Oznaczenie przewodu (żyły) zacisku urządzenia Faza 1 L 1 U Faza 2 L 2 V Faza 3 L 3 W Neutralny N N Przewody prądu stałego Biegun dodatni L + + lub C Biegun ujemny L - - lub D Środkowy M M 3. Przewód ochronny PE PE 4. Przewód ochronno-neutralny PEN PEN 5. Przewód ochronno- środkowy PEM PEM 6. Przewód ochronno-liniowy PEL PEL 7. Przewód uziemienia funkcjonalnego FE FE 8. Przewód uziemienia ochronnego PE PE 9. Przewód uziemienia ochronnofunkcjonalnego 10. Przewód połączenia wyrównawczego funkcjonalnego 11. Przewód połączenia wyrównawczego ochronnego Schematy układów sieci przedstawiono na rysunku nr 4. PE/FE FB PE PE/FE FB PE

10 10 Oznaczenia: L1; L2; L3 - przewody fazowe prądu przemiennego; N - przewód neutralny; PE - przewód ochronny lub uziemienia ochronnego; PEN - przewód ochronno-neutralny; FE - przewód uziemienia funkcjonalnego; Z - impedancja Rys. 4. Schematy stosowanych układów sieci TN (TN-C; TN-S; TN-C-S), TT oraz IT Dotychczas w kraju najczęściej stosowany był układ sieci TN-C. W układzie tym występuje przewód ochronno-neutralny PEN. Zgodnie z postanowieniami normy, w instalacjach elektrycznych ułożonych na stałe, przewód ochronno-neutralny PEN powinien mieć przekrój żyły nie mniejszy niż 10 mm 2 Cu lub 16 mm 2 Al. W związku z niewłaściwą relacją pomiędzy przekrojami przewodu PEN i przewodów fazowych L, w odniesieniu do instalacji elektrycznej w budynkach (przekrój przewodu PEN w większości przypadków może kilkakrotnie przewyższać przekroje przewodów fazowych L) oraz dążeniem do poprawy stanu bezpieczeństwa przeciwporażeniowego użytkowników, koniecznością staje się stosowanie układu sieci TN-S lub TN-C-S.

11 11 Układy te zapewniają rozdzielenie funkcji przewodu ochronno-neutralnego PEN na przewód ochronny PE i neutralny N oraz likwidują szereg niepożądanych zjawisk, takich jak: pojawienie się napięcia fazowego na obudowach metalowych odbiorników, wywołane przerwą ciągłości przewodu PEN, pojawienie się na przewodzie PEN napięcia niekorzystnego dla użytkowanych odbiorników, wywołanego przepływem przez ten przewód prądu wyrównawczego, spowodowanego zaistnieniem asymetrii prądowej w instalacji. Rozdzielenie funkcji przewodu ochronno-neutralnego PEN na przewód ochronny PE i neutralny N, w przypadku układu sieci TN-C-S, powinno następować w złączu lub w rozdzielnicy głównej budynku, a punkt rozdziału powinien być uziemiony. Zapewnia to utrzymanie potencjału ziemi na przewodzie ochronnym PE przyłączonym do części przewodzących dostępnych urządzeń elektrycznych w normalnych warunkach pracy instalacji elektrycznej. Możliwie licznie uziemiane powinny być również przewody ochronne PE i ochronno-neutralne PEN. Wielokrotne uziemianie przewodu ochronnego PE i ochronno-neutralnego PEN w układzie sieci TN, w którym stosowane jest samoczynne wyłączenie zasilania, jako ochrona przed dotykiem pośrednim (ochrona przy uszkodzeniu), powoduje: obniżenie napięcia na nieuszkodzonym przewodzie ochronnym PE lub ochronnoneutralnym PEN, połączonym z miejscem zwarcia, utworzenie drogi zastępczej prądu zwarciowego w przypadku przerwania przewodu ochronnego PE lub ochronno-neutralnego PEN, obniżenie napięcia na przewodzie ochronnym PE lub ochronno-neutralnym PEN, który został przerwany (odłączony od punktu neutralnego sieci) i który jest jednocześnie połączony z miejscem zwarcia, obniżenie napięcia, które może pojawić się na przewodzie ochronnym PE lub ochronnoneutralnym PEN podczas zwarć doziemnych w stacji zasilającej po stronie wyższego napięcia, gdy w stacji wykonano wspólne uziemienie urządzeń wysokiego i niskiego napięcia, ograniczenie asymetrii napięć podczas zwarć doziemnych. Instalacja elektryczna w budynkach powinna być realizowana w układzie sieci TN-S (przewody L1; L2; L3; N; PE). Nie wyklucza to stosowania w szczególnie uzasadnionych przypadkach układu sieci TT lub IT. Możliwe są dwa rozwiązania rozdzielnic (złącze, rozdzielnica główna) w układzie TN-C-S: z zastosowaniem czterech szyn zbiorczych, z zastosowaniem pięciu szyn zbiorczych. Rozwiązania te przedstawiono na rysunku nr 5.

12 12 Rys. 5. Rozdzielnice w układzie TN-C-S Rozdzielnica przedstawiona na rysunku nr 5a może pracować w układzie TN-C lub TN-C-S, natomiast rozdzielnica przedstawiona na rysunku nr 5b może pracować we wszystkich układach TN, a także w układach TT lub IT po odpowiednim, dla danego układu sieci, połączeniu lub rozłączeniu szyny PE z szyną N. Na rysunku nr 6 przedstawiono schemat zasilania pojedynczego budynku (indywidualnego odbiorcy) poprzez zestaw przyłączeniowo-pomiarowy, usytuowany w linii ogrodzenia zewnętrznego posesji. Zestaw ten mieści się w zamkniętej oraz zabezpieczonej przez wpływami atmosferycznymi i osobami niepowołanymi skrzynce. Składa się z dwóch modułów, z których jeden pełni funkcję zakończenia przyłącza, drugi pełni funkcję złącza końcowego. Zestaw umożliwia zainstalowanie listwy zaciskowej do połączenia przewodów przyłącza sieci zasilającej i przewodów instalacji, zabezpieczenia przedlicznikowego w postaci rozłącznika bezpiecznikowego lub wyłącznika nadprądowego selektywnego zapewniających selektywność w działaniu urządzeń zabezpieczających, licznika energii elektrycznej oraz ochrony przed przepięciami pochodzącymi od wyładowań atmosferycznych i łączeń w sieci zasilającej (ograniczniki przepięć stanowiące pierwszy stopień ochrony przeciwprzepięciowej). Bardzo ważną rolę w ekwipotencjalizacji części przewodzących jednocześnie dostępnych w budynku pełni uziemienie przewodu ochronnego PE instalacji elektrycznej. Określa ono potencjał strefy ekwipotencjalnej w budynku. Uziemienie to powinno być wykonane w budynku, a nie z dala od niego, z wykorzystaniem przede wszystkim uziomu fundamentowego. Właściwe jest w związku z tym rozwiązanie przedstawione na rysunku nr 6, na którym rozdzielenie przewodu PEN na przewody PE i N wykonano w zestawie przyłączeniowopomiarowym ZPP, usytuowanym poza budynkiem, a przewód PE przyłączono do szyny PE w rozdzielnicy tablicowej odbiorcy TRO i uziemiono poprzez główną szynę uziemiającą budynku GSU.

13 13 PE PE Oznaczenia: SZ sieć zasilająca niskiego napięcia; P przyłącze; ZPP zestaw przyłączeniowo-pomiarowy; LZ listwa zaciskowa; RB rozłącznik bezpiecznikowy lub wyłącznik nadprądowy selektywny; L przewody fazowe; O ogranicznik przepięć; SU szyna uziemiająca; kwh licznik energii elektrycznej; TRO rozdzielnica tablicowa odbiorcy; wlz wewnętrzna linia zasilająca; GSU główna szyna uziemiająca budynku; IK, IW, ICO, IG instalacje odpowiednio w kolejności: kanalizacyjna, wodna, centralnego ogrzewania, gazowa; KB konstrukcja metalowa (elementy metalowe konstrukcji budynku, związane na przykład z fundamentem, ścianami); N, PEN, PE przewody odpowiednio: neutralny, ochronno-neutralny, ochronny lub połączenia wyrównawczego ochronnego Rys. 6. Schemat zasilania w energię elektryczną pojedynczego budynku (indywidualnego odbiorcy)

14 14 4. Rodzaje ochron przeciwporażeniowych Rodzaje ochron przeciwporażeniowych zestawiono w tablicy nr 4. Tablica 4. Rodzaje ochron przeciwporażeniowych Równoczesna ochrona przed dotykiem bezpośrednim i pośrednim (równoczesna ochrona podstawowa i ochrona przy uszkodzeniu) Ochrona przed dotykiem bezpośrednim (ochrona podstawowa) Ochrona przed dotykiem pośrednim (ochrona przy uszkodzeniu) Układy o napięciach nieprzekraczających wartości napięć dotykowych dopuszczalnych długotrwale w określonych warunkach otoczenia, nie wymagające ochrony przed dotykiem bezpośrednim (ochrony podstawowej) Układy o napięciach nieprzekraczających wartości napięć dotykowych dopuszczalnych długotrwale w określonych warunkach otoczenia, wymagające ochrony przed dotykiem bezpośrednim (ochrony podstawowej) Ochrona przez zastosowanie izolowania części czynnych Ochrona przy użyciu przegrody lub obudowy Ochrona przy użyciu bariery lub przeszkody Ochrona przez umieszczenie poza zasięgiem ręki bez uziemień SELV z uziemieniem PELV bez uziemień SELV z uziemieniem PELV Uzupełnienie ochrony przy użyciu urządzeń ochronnych różnicowoprądowych o znamionowym prądzie różnicowym nie większym niż 30 ma Ochrona przez zastosowanie samoczynnego wyłączenia zasilania w przypadku przekroczenia wartości napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale w określonych warunkach otoczenia i zastosowanie połączeń wyrównawczych dodatkowych (miejscowych) w układzie sieci TN w układzie sieci TT w układzie sieci IT Ochrona przez zastosowanie urządzeń II klasy ochronności lub o izolacji równoważnej Ochrona przez zastosowanie izolowania stanowiska Ochrona przez zastosowanie nieuziemionych połączeń wyrównawczych miejscowych Ochrona przez zastosowanie separacji elektrycznej Z powyższych zestawień wynika, że obok znanych i stosowanych w kraju środków ochrony przeciwporażeniowej norma PN-IEC wprowadziła następujące nowe środki ochrony, a mianowicie: a) w równoczesnej ochronie przed dotykiem bezpośrednim (ochronie podstawowej) i pośrednim (ochronie przy uszkodzeniu) zastosowanie napięć zakresu I w układach bez uziemień SELV oraz w układach z uziemieniem PELV. Układy te dzielą się na napięcia o wartościach: niewymagających żadnej ochrony przed dotykiem bezpośrednim (ochrony podstawowej), wymagających ochrony przed dotykiem bezpośrednim (ochrony podstawowej). Instalacje, w których stosuje się dla potrzeb technologicznych napięcia zakresu I, a które nie spełniają warunków określonych dla układów SELV lub PELV, nazywają się układami FELV. W układach FELV należy zapewnić ochronę przed dotykiem bezpośrednim (ochronę podstawową) oraz ochronę przed dotykiem pośrednim (ochronę przy uszkodzeniu) taką, jaka jest zastosowana w obwodzie pierwotnym.

15 15 b) w ochronie przed dotykiem bezpośrednim (ochronie podstawowej) zastosowanie urządzeń ochronnych różnicowoprądowych o znamionowym prądzie różnicowym nie większym niż 30 ma. Urządzenia te nie stanowią samodzielnego środka ochrony przed dotykiem bezpośrednim (ochrony podstawowej) i należy je stosować łącznie z innymi środkami ochrony. c) w ochronie przed dotykiem pośrednim (ochronie przy uszkodzeniu) zastosowanie samoczynnego wyłączenia zasilania (w układzie sieci TN, TT, IT) wraz z zastosowaniem połączeń wyrównawczych dodatkowych (miejscowych). Ochrona przez zastosowanie samoczynnego wyłączenia zasilania jest realizowana przez: urządzenia ochronne przetężeniowe (wyłączniki z wyzwalaczami nadprądowymi lub przekaźnikami nadprądowymi, bezpieczniki z wkładkami topikowymi), urządzenia ochronne różnicowoprądowe (wyłączniki ochronne różnicowoprądowe, wyłączniki współpracujące z przekaźnikami różnicowoprądowymi). Wprowadzone są krótkie czasy wyłączenia. Powoduje to konieczność doboru urządzeń samoczynnego wyłączenia zasilania na podstawie charakterystyk czasowo-prądowych tych urządzeń. Urządzenia ochronne różnicowoprądowe można stosować we wszystkich układach sieci z wyjątkiem układu TN-C po stronie obciążenia (za urządzeniem ochronnym różnicowoprądowym). Urządzenia ochronne różnicowoprądowe spełniają jednocześnie funkcję ochrony budynku przed pożarami wywołanymi prądami doziemnymi. W tym przypadku znamionowy prąd różnicowy urządzenia nie może być większy niż 500 ma. Integralnym elementem samoczynnego wyłączenia zasilania jest zastosowanie połączeń wyrównawczych dodatkowych (miejscowych). Zastosowanie połączeń wyrównawczych ma na celu ograniczenie do wartości dopuszczalnych długotrwale w danych warunkach środowiskowych napięć występujących pomiędzy różnymi częściami przewodzącymi. d) w ochronie przed dotykiem pośrednim (ochronie przy uszkodzeniu) zastosowanie nieuziemionych połączeń wyrównawczych miejscowych. Istotą wyżej wymienionego środka jest niedopuszczenie do pojawienia się napięć dotykowych o wartościach większych niż dopuszczalne długotrwale w danym miejscu lub pomieszczeniu. Przewody nieuziemionych połączeń wyrównawczych powinny w chronionym miejscu lub pomieszczeniu łączyć ze sobą wszystkie części jednocześnie dostępne. System nieuziemionych połączeń wyrównawczych miejscowych nie powinien mieć połączenia elektrycznego z ziemią przez części przewodzące dostępne lub przez części przewodzące obce. Przy stosowaniu takich połączeń należy wprowadzić rozwiązania zapobiegające narażeniu osób, wchodzących z zewnątrz do przestrzeni objętej wyżej wymienionymi połączeniami, na znalezienie się pod różnymi potencjałami. e) w ochronie przed dotykiem pośrednim (ochronie przy uszkodzeniu) zastosowanie separacji elektrycznej. Norma PN-IEC wprowadziła nowe zasady stosowania separacji elektrycznej, a mianowicie: w obwodzie separowanym iloczyn napięcia znamionowego (w woltach) i łącznej długości oprzewodowania ( w metrach) nie może przekraczać wartości oraz łączna długość oprzewodowania nie może przekraczać 500 m,

16 16 w przypadku zasilania z obwodu separowanego więcej niż jednego urządzenia, należy zastosować izolowane, nieuziemione przewody wyrównawcze łączące części przewodzące dostępne tych urządzeń. Przypadek taki przedstawiono na rysunku nr 7. Oznaczenia: B - wyłącznik lub bezpiecznik Rys. 7. Zwarcie podwójne w obwodzie separowanym Przewody wyrównawcze w przypadku wystąpienia zwarcia podwójnego w dwóch różnych urządzeniach umożliwiają przepływ prądu I, powodującego samoczynne wyłączenie zasilania. W przypadku podwójnego zwarcia dwóch części przewodzących dostępnych z przewodami o różnej biegunowości, jak to pokazano na rysunku nr 7, urządzenie zabezpieczające powinno zapewnić samoczynne wyłączenie zasilania w czasie nie dłuższym od podanego w tablicy nr Przewody ochronne W instalacji elektrycznej przewody dzielą się na przeznaczone do: przesyłu energii elektrycznej, równoczesnego przesyłu energii elektrycznej i ochrony przeciwporażeniowej, ochrony przeciwporażeniowej, funkcjonalnych połączeń wyrównawczych i uziemień. Ogólnie rzecz biorąc, wszystkie przewody lub żyły w przewodach wielożyłowych, służące do ochrony przed porażeniem, nazywają się przewodami ochronnymi. Jednak potocznie przyjmuje się następujący podział podany w tablicy nr 5.

17 17 Tablica 5. Podział przewodów ochronnych Przewód ochronny Nazwa Oznaczenie Przeznaczenie-Funkcja PE Przyłączenie do części przewodzących dostępnych. Przewód ochronno-neutralny 1) PEN Przyłączenie do części przewodzących dostępnych i przesył energii elektrycznej przewodem neutralnym N. Przewód ochronno-środkowy PEM Przyłączenie do części przewodzących dostępnych i przesył energii elektrycznej przewodem środkowym M. Przewód ochronno-liniowy PEL Przyłączenie do części przewodzących dostępnych i przesył energii elektrycznej przewodem liniowym L. Przewód uziemienia ochronnego 2) Przewód połączenia wyrównawczego głównego Przewód połączenia wyrównawczego dodatkowego (miejscowego) Przewód połączenia wyrównawczego nieuziemionego Uziom PE PE PE PE Łączenie części przewodzących dostępnych, części przewodzących obcych, głównej szyny uziemiającej itp. z uziomem. Połączenia wyrównawcze główne, łączące z główną szyną uziemiającą: przewód ochronny, przewód ochronno-neutralny 1), części przewodzące obce, części przewodzące dostępne. Połączenia wyrównawcze dodatkowe, łączące z sobą: przewód ochronny, przewód ochronno-neutralny 1), części przewodzące dostępne, części przewodzące obce. Nieuziemione połączenia wyrównawcze miejscowe, łączące z sobą wszystkie nieuziemione części jednocześnie dostępne Nadawanie określonym częściom przewodzącym potencjału ziemi. 1) Przy napięciach prądu stałego analogiczną funkcję może spełniać uziemiony biegun napięcia, jak np. szyny jezdne w trakcji elektrycznej (przewód PEL), lub uziemiony biegun środkowy (przewód PEM). 2) Przewód uziemienia ochronno-funkcjonalnego PE/FE w przypadku równoczesnego stosowania funkcjonalnych połączeń wyrównawczych i ich uziemiania Przy doborze wymienionych w tablicy nr 5 przewodów, sposobu ich prowadzenia i łączenia, należy kierować się postanowieniami normy. Na rysunku nr 8 przedstawiono przykładowy schemat połączeń ochronnych przy pomocy różnego rodzaju przewodów.

18 18 Oznaczenia: 1- przewód ochronny PE; 2 - przewód ochronno-neutralny PEN; 3 - przewód uziemienia ochronnego PE; 4 - przewód wyrównawczy główny PE; 5 - przewód wyrównawczy dodatkowy (miejscowy) PE łączący z sobą dwie części przewodzące dostępne; 6 - przewód wyrównawczy dodatkowy (miejscowy) PE łączący z sobą część przewodzącą dostępną oraz część przewodzącą obcą; 7 - przewód wyrównawczy nieuziemiony PE; 8 - główna szyna (zacisk) uziemiająca; 9 - uziom; Z - złącze; T - transformator separacyjny; O - odbiornik w obudowie przewodzącej I klasy ochronności; C - część przewodząca obca; W - rura metalowa wodociągowa główna; B - zbrojenie lub/i konstrukcje metalowe budynku Rys. 8. Schemat połączeń ochronnych W tablicach nr 6 i 7 podano zależności pomiędzy przekrojami przewodów pełniących różnego rodzaju funkcje.

19 19 Tablica 6. Zależności pomiędzy przekrojami przewodów fazowego ochronnego uziemienia ochronnego lub ochronnofunkcjonalnego Przekrój przewodu (mm 2 ) ochronn o- neutraln ego połączenia wyrównawczego głównego połączenia wyrównawczego dodatkowego (miejscowego) połączenia wyrównawczego nieuziemionego S L S PE/0 1) S E 1); 2) S PEN S PE 3) S PE 4) S PE 5) S PE 6) 4 S L S PE/0 10 S L S PE/0 4 7) 10 Cu 16 Al 10 Cu 16 Al 6 0,5 S PE/0 6 0,5 S PE/ ,5 S PE/0 25; ,5 S PE/0 50 0,5 S L S PE/0 0,5 S L 0,5 S PE/0 8) S PE/0 (min) 0,5 S PE/0 1) Przekrój każdego przewodu ochronnego nie będącego częścią wspólnego układu przewodów lub jego osłoną nie powinien być w żadnym przypadku mniejszy niż: 2,5 mm 2 w przypadku stosowania ochrony przed mechanicznymi uszkodzeniami, 4 mm 2 w przypadku niestosowania ochrony przed mechanicznymi uszkodzeniami. 2) Przewody ułożone w ziemi muszą spełniać dodatkowo wymagania podane w tablicy nr 7. Tablica 7. Wymagania dla przewodów ułożonych w ziemi Zabezpieczone przed korozją Nie zabezpieczone przed korozją Zabezpieczone przed mechanicznym uszkodzeniem S E S PE/0 S E 25 mm 2 Cu S E 50 mm 2 Fe S L Nie zabezpieczone przed mechanicznym uszkodzeniem S E 16 mm 2 Cu S E 16 mm 2 Fe 3) Przekrój SPE należy zawsze ustalać, biorąc pod uwagę największy w danej instalacji przekrój przewodu ochronnego. 4) Dotyczy przewodu połączenia wyrównawczego dodatkowego, łączącego ze sobą dwie części przewodzące dostępne. Przekrój wyżej wymienionego przewodu nie powinien być mniejszy niż najmniejszy przekrój przewodu ochronnego, przyłączonego do części przewodzącej dostępnej. 5) Dotyczy przewodu połączenia wyrównawczego dodatkowego, łączącego część przewodzącą dostępną z częścią przewodzącą obcą. Przekrój wyżej wymienionego przewodu nie powinien być mniejszy niż połowa przekroju przewodu ochronnego, przyłączonego do części przewodzącej dostępnej. 6) Brak jest obowiązujących danych. Ze względu na pełnioną funkcję, uważa się, że przekrój tego przewodu nie powinien być mniejszy od przekroju przewodu fazowego. 7) Dotyczy współosiowej żyły przewodu (kabla). 8) Przekrój nie musi być większy od 25 mm2 Cu, lub z innego materiału, lecz o przekroju mającym taką obciążalność jak 25 mm2 Cu.

20 20 Dane przedstawione w tablicy nr 6 odnoszą się do przewodów różnego przeznaczenia, wykonanych z takiego samego materiału. W przypadku stosowania przewodu o określonym przeznaczeniu z innego materiału należy tak dobrać jego przekrój, aby została zachowana odpowiednia przewodność elektryczna. W szczególnych przypadkach może zachodzić konieczność indywidualnego obliczenia przekrojów poszczególnych przewodów. Przewody ochronne, ochronno-neutralne, uziemienia ochronnego lub ochronnofunkcjonalnego oraz połączeń wyrównawczych powinny być oznaczone kombinacją kolorów zielonego i żółtego, przy zachowaniu następujących postanowień: kolor zielono-żółty może służyć tylko do oznaczenia i identyfikacji przewodów mających udział w ochronie przeciwporażeniowej, zaleca się, aby oznaczenie stosować na całej długości przewodu. Dopuszcza się stosowanie oznaczeń nie na całej długości z tym, że powinny one znajdować się we wszystkich dostępnych i widocznych miejscach, przewód ochronno-neutralny powinien być oznaczony kolorem zielono-żółtym, a na końcach kolorem niebieskim. Dopuszcza się, aby wyżej wymieniony przewód był oznaczony kolorem niebieskim, a na końcach kolorem zielono-żółtym. Przewód neutralny i środkowy powinien być oznaczony kolorem niebieskim w sposób taki jak opisany dla przewodów ochronnych. Bardzo ważne jest rozróżnienie połączeń wyrównawczych głównych od uziemień. Aby określone elementy mogły być wykorzystane jako uziomy muszą one spełniać określone wymagania i musi być zgoda właściwej jednostki na ich wykorzystanie. Dotyczy to na przykład rur wodociągowych, kabli itp. Niektóre elementy jak np. rury gazu, palnych cieczy itp. nie mogą być wykorzystywane jako uziomy. Natomiast wszystkie wyżej wymienione elementy powinny być w danym budynku połączone ze sobą poprzez główną szynę uziemiającą, celem stworzenia ekwipotencjalizacji. Aby zrealizować połączenia wyrównawcze nie wykorzystując rur gazowych jako elementów uziemienia, za wystarczające uważa się zainstalowanie wstawki izolacyjnej na wprowadzeniu rury gazowej do budynku jak to przedstawiono na rysunku nr 9.

21 21 Oznaczenia: PE - przewód ochronny lub połączenia wyrównawczego ochronnego Rys. 9. Połączenia wyrównawcze w budynku mieszkalnym - główne w piwnicy, oraz dodatkowe (miejscowe) w łazience

22 22 6. Ochrona przed dotykiem pośrednim (ochrona przy uszkodzeniu) przez zastosowanie samoczynnego wyłączenia zasilania A. Układ sieci TN Dla zapewnienia samoczynnego wyłączenia zasilania powinno być spełnione wymaganie: gdzie: Z s I a U o (2) Z s I a impedancja pętli zwarciowej, obejmującej źródło zasilania, przewód fazowy do miejsca zwarcia i przewód ochronny od miejsca zwarcia do źródła zasilania, prąd powodujący samoczynne zadziałanie urządzenia zabezpieczającego w wymaganym czasie (wyłącznika lub bezpiecznika). W zależności od zastosowanego urządzenia jest to prąd: przetężeniowy, albo różnicowy, to jest stanowiący różnicę pomiędzy prądem płynącym w przewodzie L i przewodzie N. Maksymalne dopuszczalne czasy wyżej wymienionego wyłączenia, w zależności od napięcia fazowego prądu przemiennego lub napięcia względem ziemi nietętniącego prądu stałego, podano w tablicy nr 8. Tablica 8. Maksymalne czasy wyłączenia w układzie TN Dla napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale U o U L 50 V ; U L 120 V = U L 25 V ; U L 60 V = t V s s 120 0,80 0, ,40 0, ,40 0, ,20 0, ,10 0, ,10 0,02 Czasy wyłączenia podane w tablicy nr 8 dotyczą obwodów odbiorczych, z których bezpośrednio lub poprzez gniazda wtyczkowe są zasilane urządzenia I klasy ochronności ręczne lub/i przenośne, przeznaczone do ręcznego przemieszczania w czasie użytkowania. W obwodach rozdzielczych można przyjmować czas wyłączenia dłuższy, lecz nie przekraczający 5 s. Również w obwodach odbiorczych, zasilających jedynie urządzenia stacjonarne lub/i stałe, dopuszcza się czas wyłączenia dłuższy, lecz nie przekraczający 5 s. Jednak w tym przypadku, jeżeli z tej samej rozdzielnicy lub obwodu rozdzielczego, to jest wewnętrznej linii zasilającej, są również zasilane obwody odbiorcze, dla których obowiązują czasy wyłączenia podane w tablicy nr 8, powinien być spełniony przynajmniej jeden z dwóch poniżej podanych warunków: t

23 23 Warunek a) Impedancja przewodu ochronnego pomiędzy rozdzielnicą główną lub wewnętrzną linią zasilającą (wlz) i punktem, w którym przewód ochronny jest przyłączony do głównej szyny uziemiającej, nie przekracza U L Z s [Ω] (3) U o Warunek b) W rozdzielnicy (lub w wlz) powinny znajdować się połączenia wyrównawcze przyłączone do tych samych części przewodzących obcych co połączenia wyrównawcze główne, które spełniają wymagania dla połączeń wyrównawczych głównych. W przypadkach możliwości bezpośredniego zwarcia przewodu fazowego z ziemią, np. w liniach napowietrznych, napięcie pomiędzy przewodem ochronnym (ochronnoneutralnym) i przyłączonymi do niego częściami przewodzącymi dostępnymi a ziemią, nie powinno przekroczyć wartości napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale U L. Przykład ten przedstawiono na rysunku nr 10. Oznaczenia: R B - wypadkowa rezystancja wszystkich połączonych równolegle uziomów; R E - najmniejsza możliwa rezystancja styku z ziemią części przewodzących obcych, nie przyłączonych do przewodu ochronnego, przez które może nastąpić zwarcie pomiędzy fazą a ziemią Rys. 10. Zwarcie z ziemią w linii elektroenergetycznej Wobec powyższego, aby nie została przekroczona, w przypadku zwarcia takiego rodzaju, wartość napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale U L, powinna być spełniona zależność: Jeśli U L = 50 V, powyższy wzór przybierze postać: RB UL (4) RE Uo UL RB RE 50 (5) U o 50 W układach TN do ochrony przed porażeniem powinny być stosowane: --urządzenia ochronne przetężeniowe (nadprądowe), albo --urządzenia ochronne różnicowoprądowe.

24 24 B. Układ sieci TT Aby napięcie dotykowe nie przekraczało wartości napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale U L powinno być spełnione wymaganie: gdzie: R A I a U L R A I a U L (6) całkowita rezystancja uziomu i przewodu ochronnego łączącego części przewodzące dostępne z uziomem, prąd powodujący samoczynne zadziałanie urządzenia zabezpieczającego w wymaganym czasie (wyłącznika lub bezpiecznika). W zależności od zastosowanego urządzenia jest to prąd: przetężeniowy, albo różnicowy, to jest stanowiący różnicę pomiędzy prądem płynącym w przewodzie L i przewodzie N, napięcie dotykowe dopuszczalne długotrwale. Jeżeli urządzeniem ochronnym jest zabezpieczenie przetężeniowe (nadprądowe), powinno ono być: urządzeniem o charakterystyce, zapewniającej przy przepływie prądu I a, wyłączenie w czasie nie dłuższym niż 5 s, albo urządzeniem zapewniającym przy przepływie prądu I a wyłączenie natychmiastowe. Oczywiście w aspekcie ochrony przeciwporażeniowej korzystniejsze jest wyłączenie natychmiastowe, ale można stosować również urządzenie wyłączające w czasie nie dłuższym niż5s. W układach TT do ochrony przed porażeniem powinny być stosowane: --urządzenia ochronne przetężeniowe (nadprądowe), albo --urządzenia ochronne różnicowoprądowe. Jeżeli urządzeniem ochronnym jest zabezpieczenie różnicowoprądowe, przy szeregowym zainstalowaniu tych zabezpieczeń, celem zachowania wybiórczości (selektywności) ich działania, dopuszcza się w obwodach rozdzielczych działanie ze zwłoką czasową nie większą niż 1 s. C. Układ sieci IT W układach IT powinno być spełnione wymaganie: gdzie: R A I d U L R A I d U L (7) całkowita rezystancja uziomu i przewodu ochronnego łączącego części przewodzące dostępne z uziomem, prąd pojedynczego zwarcia z ziemią, przy pomijalnej impedancji pomiędzy przewodem fazowym i częścią przewodzącą dostępną (obudową), napięcie dotykowe dopuszczalne długotrwale. Przy wyznaczaniu wartości prądu I d należy uwzględnić: --prądy upływowe, --całkowitą impedancję uziemień w układzie, to jest reaktancje pojemnościowe i rezystancje

25 25 pomiędzy przewodami fazowymi a ziemią oraz impedancję pomiędzy punktem neutralnym transformatora a ziemią (o ile ona istnieje). Zaleca się, aby pojedyncze zwarcie z ziemią było usuwane możliwie szybko. Zwarcie takie powoduje wzrost napięcia w pozostałych fazach w stosunku do ziemi o 3 i stwarza zagrożenie porażeniem w przypadku zwarcia z ziemią drugiej fazy. Przy zwarciu z ziemią drugiej fazy, które może wystąpić w zupełnie innym miejscu układu, zwarcie przekształca się w podwójne zwarcie z ziemią, podczas którego przepływający prąd osiąga dużą wartość. Warunki wyłączenia podwójnego zwarcia z ziemią zależą od sposobu uziemienia części przewodzących dostępnych, podanego na rysunku nr 11. Rys. 11. Sposoby uziemień Przy uziemieniu indywidualnym lub grupowym, warunki ochrony są analogiczne jak dla układu TT. Przy uziemieniu zbiorowym, warunki ochrony są analogiczne jak dla układu TN. Układ IT może: nie mieć przewodu neutralnego, mieć przewód neutralny. Aby nastąpiło samoczynne wyłączenie zasilania, powinny być spełnione wymagania: Z Z s ' s 3 U o dla układu IT bez przewodu neutralnego (8) 2 Ia U o dla układu IT z przewodem neutralnym 2 Ia (9) gdzie: I a Z s Z s ' prąd powodujący samoczynne zadziałanie urządzenia zabezpieczającego w wymaganym czasie (wyłącznika lub bezpiecznika), impedancja pętli zwarciowej, obejmującej przewód fazowy i przewód ochronny obwodu. impedancja pętli zwarciowej, obejmującej przewód neutralny i przewód ochronny obwodu.

26 26 Maksymalne dopuszczalne czasy wyżej wymienionego wyłączenia, w zależności od napięcia prądu przemiennego lub napięcia nietętniącego prądu stałego, podano w tablicy nr 9. Dłuższe niż podane w tablicy czasy wyłączenia, lecz nie dłuższe niż 5 s można przyjmować w przypadkach jak dla układu TN. Tablica 9. Maksymalne czasy wyłączenia w układzie IT U o /U Dla napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale U L 50 V ; U L 120 V = U L 25 V ; U L 60 V = t t V s s bez przewodu neutralnego z przewodem neutralnym bez przewodu neutralnego z przewodem neutralnym 120/230 0,8 5,0 0,4 1,0 230/400 0,4 0,8 0,2 0,5 277/480 0,2 0,4 0,2 0,5 400/690 0,2 0,4 0,06 0,2 580/1000 0,1 0,2 0,02 0,08 W układach IT do ochrony przed porażeniem powinny być stosowane: urządzenia ochronne przetężeniowe (nadprądowe), albo urządzenia ochronne różnicowoprądowe, urządzenia do stałej kontroli izolacji, powodujące wyłączenie w przypadku pojedynczego zwarcia z ziemią. 7. Urządzenia ochronne różnicowoprądowe Jednym z najbardziej skutecznych środków ochrony przeciwporażeniowej jest ochrona przy zastosowaniu urządzeń ochronnych różnicowoprądowych (wyłączniki ochronne różnicowoprądowe, wyłączniki współpracujące z przekaźnikami różnicowoprądowymi). Urządzenia ochronne różnicowoprądowe pełnią następujące funkcje: ochrona przed dotykiem pośrednim (ochrona przy uszkodzeniu) przy zastosowaniu wyżej wymienionych urządzeń, jako elementów samoczynnego wyłączenia zasilania, uzupełnienie ochrony przed dotykiem bezpośrednim (ochrony podstawowej) przy zastosowaniu wyżej wymienionych urządzeń o znamionowym prądzie różnicowym nie większym niż 30 ma. ochrona budynku przed pożarami wywołanymi prądami doziemnymi przy zastosowaniu wyżej wymienionych urządzeń o znamionowym prądzie różnicowym nie większym niż 500 ma. Prąd zadziałania urządzenia ochronnego różnicowoprądowego musi zawierać się w granicach 0,5 I n I n, gdzie I n jest znamionowym prądem różnicowym. Urządzenia ochronne różnicowoprądowe można stosować we wszystkich układach sieci z wyjątkiem układu TN-C po stronie obciążenia (za urządzeniem ochronnym różnicowoprądowym). Przykładowe sposoby zainstalowania urządzeń ochronnych różnicowoprądowych w poszczególnych układach sieci przedstawiono na rysunku nr 12.

27 27 W przypadku zasilania urządzenia w I klasie ochronności, w układzie sieci TN, znajdującego się poza zasięgiem połączeń wyrównawczych, należy w obwodzie zasilającym zainstalować urządzenie ochronne różnicowoprądowe, a część przewodzącą dostępną zasilanego urządzenia przyłączyć do indywidualnego uziemienia, tworząc w ten sposób po stronie obciążenia układ sieci TT. Rezystancja uziemienia powinna być odpowiednia dla znamionowego prądu różnicowego zainstalowanego urządzenia ochronnego różnicowoprądowego. Cały układ sieci będzie wtedy układem TN-C/TT przedstawionym na rysunku nr 12b. Przykładowe zastosowanie tego układu sieci przedstawione jest na rysunku nr 23, przy zasilaniu z sieci elektroenergetycznej niskiego napięcia urządzeń elektrycznych na terenie budowy lub rozbiórki. FE FE FE FE FE Oznaczenia: L1; L2; L3; - przewody fazowe prądu przemiennego; N - przewód neutralny; PE - przewód ochronny lub uziemienia ochronnego; PEN - przewód ochronno-neutralny; FE - przewód uziemienia funkcjonalnego; I - urządzenie ochronne różnicowoprądowe; Z - impedancja Rys. 12. Sposoby zainstalowania urządzeń ochronnych różnicowoprądowych w poszczególnych układach sieci Przy szeregowym zainstalowaniu urządzeń ochronnych różnicowoprądowych, celem zachowania selektywności (wybiórczości) ich działania, urządzenia powinny spełniać jednocześnie warunki: charakterystyka czasowo-prądowa zadziałania urządzenia ochronnego różnicowoprądowego, zainstalowanego po stronie zasilania, powinna znajdować się powyżej charakterystyki czasowo-prądowej zadziałania urządzenia ochronnego różnicowoprądowego zainstalowanego po stronie obciążenia, wartość znamionowego prądu różnicowego urządzenia ochronnego różnicowoprądowego zainstalowanego po stronie zasilania powinna być równa co najmniej trzykrotnej wartości znamionowego prądu różnicowego urządzenia ochronnego różnicowoprądowego zainstalowanego po stronie obciążenia.

28 28 Preferowany jest system ochrony grupowej, zapewniający właściwą ochronę przed porażeniem prądem elektrycznym i pożarami wywołanymi prądami doziemnymi, a jednocześnie gwarantujący niezawodność zasilania elektrycznego. System ten przedstawiony jest na rysunku nr 13. W skład ochrony grupowej wchodzą co najmniej dwa urządzenia ochronne różnicowoprądowe: po stronie zasilania urządzenie ochronne różnicowoprądowe selektywne (s), po stronie obciążenia (obwody odbiorcze) urządzenie ochronne różnicowoprądowe bezzwłoczne lub krótkozwłoczne. Obwód rozdzielczy t 1s Obwody odbiorcze (działanie bezzwłoczne lub krótkozwłoczne) Oznaczenia: t - zwłoka czasu zadziałania; S - symbol urządzeń ochronnych różnicowoprądowych selektywnych; I - urządzenie ochronne różnicowoprądowe Rys. 13. System ochrony grupowej przy zastosowaniu w obwodach urządzeń ochronnych różnicowoprądowych selektywnych (s) oraz bezzwłocznych lub krótkozwłocznych W zależności od kształtu przebiegu prądu w czasie powodującego zadziałanie, urządzenia ochronne różnicowoprądowe dzielą się na: urządzenia, których działanie jest zapewnione przy prądach różnicowych przemiennych sinusoidalnych oznaczone symbolem: lub literowo AC, urządzenia, których działanie jest zapewnione przy prądach różnicowych przemiennych sinusoidalnych i pulsujących stałych oznaczone symbolem: lub literowo A, urządzenia, których działanie jest zapewnione przy prądach różnicowych przemiennych sinusoidalnych i pulsujących stałych oraz przy prądach wyprostowanych, oznaczone symbolem: lub literowo B. Wahania napięć, przepięcia atmosferyczne lub łączeniowe mogą, przez różne pojemności w sieci, spowodować przepływ prądów upływowych, które z kolei mogą być przyczyną zadziałania urządzeń ochronnych różnicowoprądowych. Zjawisko to może wystąpić w odbiornikach z dużymi powierzchniami elementów lub dużą liczbą kondensatorów przeciwzakłóceniowych. Do odbiorników tych można zaliczyć wielkopowierzchniowe elementy grzejne, oprawy świetlówkowe, komputery, układy rentgenowskie itp. Dla uniknięcia błędnych zadziałań należy w wyżej wymienionych przypadkach stosować urządzenia ochronne różnicowoprądowe z podwyższoną wytrzymałością na prąd udarowy, oznaczone symbolami: lub lub, lub krótkozwłoczny. Wyłączniki ochronne różnicowoprądowe muszą być chronione przed skutkami zwarcia. Na tabliczce znamionowej wyłącznika podawana jest jego wytrzymałość zwarciowa oraz maksymalna wartość prądu znamionowego wkładki bezpiecznikowej zabezpieczającej ten wyłącznik. Umieszczony na tabliczce znamionowej symbol oznacza, że